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旨在削弱移动DNA传播的生物遏制系统，在工程化环境的微生物组中难以评估。为了更好地理解基于毒素的生物遏制系统如何影响微生物组中的水平基因转移（HGT），我们利用正交催化RNA（cat-RNA）评估了成对质粒的宿主范围；在HGT发生后，这些cat-RNA会向16S rRNA添加不同的条形码。我们表明，可动员质粒（5 kb）和自可动员质粒（60 kb）虽然使用相同的RP4转移机制，但具有不同的复制起点；当它们并行接合进入废水群落时，其宿主范围存在重叠，在143个扩增子序列变体（ASV）中，有127个同时呈现来自两种质粒的条形码信号（89%）。我们还发现，在废水群落中，携带或不携带大肠杆菌CcdB毒素的可动员质粒在宿主范围上同样存在重叠。在丰度最高的两个目中，CcdB对气单胞菌目（Aeromonadales）条形码信号的削弱作用比对肠杆菌目（Enterobacteriales）更为稳定；后者含有F质粒，而F质粒携带了用于生物遏制的CcdB-CcdA毒素-抗毒素系统。此外，CcdB使可动员质粒的丰度降低了100倍以上，并导致85%的测序读段中出现突变。综上，这些发现揭示了如何利用表达正交cat-RNA的成对质粒，来监测质粒编码性状在HGT后对移动DNA持留的影响。同时，这些结果也凸显了在靶向工程化的微生物组中使用含有与群落内天然存在基因相关基因的生物遏制系统时所面临的挑战。
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旨在减弱移动 DNA 传播的生物遏制系统，在工程化环境微生物组中难以评估。为更好地理解基于毒素的生物遏制系统如何影响微生物组中的水平基因转移（HGT），我们使用正交催化 RNA（cat-RNA）评估了成对质粒的宿主范围；这些 cat-RNA 可在 HGT 发生后向 16S rRNA 添加不同条形码。我们表明，在并行接合进入废水群落时，使用相同 RP4 转移机制但具有不同复制起点的可动员质粒（5 kb）和自可动员质粒（60 kb）在宿主范围上存在重叠，其中 143 个扩增子序列变体（ASV）中的 127 个呈现出来自两种质粒的条形码信号（89%）。我们还发现，在废水群落中，携带或不携带大肠杆菌 CcdB 毒素的可动员质粒在宿主范围上也存在重叠。在丰度最高的两个目中，CcdB 对气单胞菌目（Aeromonadales）中条形码信号的削弱比对肠杆菌目（Enterobacteriales）更为一致；后者携带含有用于生物遏制的 CcdB-CcdA 毒素-抗毒素系统的 F 质粒。此外，CcdB 使可动员质粒的丰度降低了 100 倍以上，并在 85% 的测序读段中产生了突变。综上，这些发现揭示了表达正交 cat-RNA 的成对质粒如何用于监测质粒编码性状在 HGT 后对移动 DNA 持续性的影响。它们还凸显了在使用含有与目标工程化微生物组中已存在基因相关基因的生物遏制系统时所面临的挑战。
利益冲突声明
作者声明不存在竞争性利益。
已声明资助信息
美国农业部，2025-33522-45287
美国国家科学基金会，https://ror.org/021nxhr62，2237052，2237512，2227526，2223678
版权
本预印本的。
本文依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议提供。
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发布于 2026 年 7 月 14 日。
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废水微生物组中生物遏制对移动 DNA 宿主范围的削弱
Malyn A. Selinidis，
Travis Seamons，
Lauren B Stadler，
Jonathan J Silberg，
James Chappell
bioRxiv
2026.07.13.738295；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.07.13.738295
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废水微生物组中生物遏制对移动 DNA 宿主范围的削弱
Malyn A. Selinidis，
Travis Seamons，
Lauren B Stadler，
Jonathan J Silberg，
James Chappell
bioRxiv
2026.07.13.738295；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.07.13.738295
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.13.738295v1?rss=1
🏷️ 废水微生物组 水平基因转移 生物遏制 质粒宿主范围 毒素-抗毒素系统 cat-RNA条形码